Ti-17合金大锻件的显微组织研究

前言 Ti-17合金是富β型α+β两相钛合金,名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr,可以用来制造航空发动机的压气机盘等厚截面构件。该合金具有良好的淬透性,淬透深度达150mm,有利于保证构件截面显微组织的均匀性。由于β稳定元素的添加量较高,Ti-17合金能够热处理强化,通过不同工艺条件的加工热处理控制其显微组织,改变和调整α与β相的形态、尺寸和分布状态,获得良好的强度与韧性匹配。 Ti-17合金的显微组织特征、相转变及其动力学已有文献报道过。本文通过Ti-17合金大锻件不同部位和不同方向上的显微组织分析研究,发现α相除了形态和尺寸的差异之外,粗大魏氏α片内还有一些交叉或平     

不同热处理条件下Ti-6Al-4V-0.1B合金的组织和性能

研究了不同热处理条件下两相区轧制的Ti-6Al-4V-0.1B合金棒材的组织和性能。研究结果表明,α+β相区热处理后获得等轴组织或双态组织,随着热处理温度的升高,初生α相含量降低;β相区热处理后获得魏氏组织,原始β晶粒及α集束的尺寸随着热处理温度的升高而增大。在拉伸变形时,魏氏组织的强度高于双态组织,但塑性明显低于后者。900℃/1 h,AC+540℃/8 h,AC和1 080℃/1 h,AC+540℃/8 h,AC处理之后获得等轴组织和魏氏组织,具有该组织类型合金最佳的强度和塑性匹配,在拉伸载荷的作用下,TiB相与基体之间存在很好的结合力,TiB相在拉伸过程中传递载荷。     

TC21合金在形变热处理工艺下的组织特征

对TC21钛合金在不同条件下超塑拉伸后,进行双重退火热处理,研究热加工工艺对TC21合金显微组织演变的影响。结果表明,当变形温度在890～960℃时,TC21合金的伸长率随变形温度的增加先增加后减少,最佳超塑性变形温度为910℃;TC21合金在α+β相区超塑变形,然后在α+β相区双重退火处理后得到双态组织;在β区进行超塑变形、α+β相区双重退火处理后得到网篮组织。     

Nb、Cr和Mo对新型β/γ-TiAl合金组织与相变的影响

为了研究TiAl合金中β相稳定元素对显微组织及相变温度的影响,本文在Ti-43Al合金的基础上,通过单独与复合添加Nb、Cr、Mo 3种合金元素,获得了新型β/γ-TiAl合金,并系统研究了3种元素的作用规律.结果发现:Nb促使合金形成片层结构,Cr、Mo使合金分别形成近γ组织和针状魏氏组织;3种元素对β相的稳定能力为Mo>Nb>Cr;复合添加Nb、Cr、Mo元素对β相的稳定作用比单一添加更为显著;3种不同元素对α+β+γ三相区范围有显著影响,对α2+γ→α转变的共析温度(te)影响较大,而对γ→α的转变温度(tα)影响较小,Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区最窄约为15℃,而Ti-43Al-6Nb-0.2B合金的α+β+γ三相区最宽约为95℃,Ti-43Al-4Nb-1Cr-1Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区为55℃.     

亚稳β-Ti合金Ti-1023的热变形机制

据报道,Timet公司制备出低成本的β-Ti合金,因此β-Ti合金有望替代航空和汽车工业的一些高强钢零部件.亚稳的β-Ti合金Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-1023)合金锻造温度较低,热处理调整后合金的强度可高达1200MPa～1400MPa,延伸率为4%～10%.许多研究人员已研究了该合金的组织-性能关系,但对其热变形机制的研究较少.β-Ti合金热变形过程中存在大晶粒超塑性,这是由亚晶的存在及反常扩散引起的.应变速率较低时(相对等温锻造),合金的初始组织不论是β还是α+β,合金内均出现动态回复.为选择适宜的加工工艺和更好地控制合金的组织,印度研究人员研究了初始组织为α+β的Ti-1023合金在不同温度、不同应变速率下的热变形机制.采用合金的应力-应变行为、动态参数如应力指数及表观激活能三种方法来评价其热加工机制.     

航空紧固件用Ti-5553合金的组织和性能

采用扫描电镜和透射电子显微镜研究不同热处理制度对Ti-5553高强钛合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:在(α+β)两相区进行固溶处理时,随着固溶温度的升高,Ti-5553合金组织中的初生α相含量逐渐减少,β相的尺寸和体积分数均增加,合金强度逐渐降低。时效后β基体发生转变,晶界和晶内析出大量次生α相。次生α相的尺寸对力学性能产生重要影响,随着时效温度的升高,次生α相逐渐粗化,导致抗拉强度逐渐下降。1240MPa级航空紧固件用Ti-5553的固溶温度应选择Tβ以下,使组织中留有足够的β相,从而时效时在β相中有大量次生α相析出,获得需要的高强度。同时,保留一定含量的初生α相,以便获得良好的塑韧性。经810~820℃,1.5h,水淬+510℃,10h,空冷热处理后,合金可以获得较好的综合性能,抗拉强度达1500MPa,伸长率达14.8%,断面收缩率为38.6%。固溶和时效态的拉伸断口均存在大量韧窝,材料具有良好的塑韧性。     

热处理温度对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头组织及力学性能的影响

对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头进行热处理实验,采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪等检测手段,研究不同热处理温度对焊接接头微观组织及力学性能的影响。结果表明:焊态下,接头焊缝区发生再结晶,界面处为亚稳定β相组织,显微硬度低于母材,接头高周疲劳强度为345 MPa。TC17(α+β)侧热力影响区因焊接速率过快,残留了大量的初生α相。经过焊后热处理,亚稳定β相分解,焊缝析出弥散的(α+β)相。随着热处理温度的升高,细小的次生α相长大,部分发生球化。热处理后,因亚稳定β相分解,焊缝及热力影响区的显微硬度大幅度升高,接头疲劳强度平均提高65 MPa;随着热处理温度的升高,接头热力影响区的断裂韧度增加。     

富氮网状核壳结构Ti-6Al-4V合金组织和力学性能研究

采用放电等离子烧结（SPS）技术将经过高温渗氮处理的Ti-6Al-4V(TC4) 粉末制备成致密的核壳（core shell, CS）结构TC4。并对核壳结构TC4合金在1000 ℃下进行固溶处理，研究了采用不同冷却速度的冷却方式以及不同温度时效处理对核壳结构TC4合金微观组织和力学性能的影响。利用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）对核壳结构TC4合金的显微组织和截面形貌进行分析。发现壳层具有接近单一的α相，而核心为α+β相，并且β相连续分布在α相之间，最终形成了这种新颖的核壳结构。在氮的固溶强化和核壳结构的双重作用下，核壳结构TC4合金屈服强度达1180 MPa，断裂延伸率约为10%，力学性能显著提高。通过固溶和时效处理调节壳和核的微观结构，可以进一步提升材料的性能。     

热处理对TC11钛合金中硅化物析出规律及形态的影响

本文应用透射电镜研究了不同热处理条件下 TC11钛合金中硅化物的析出规律与形态。研究结果指出;含0.3%硅的 TC11合金在β相区温度固溶后于953K 以上温度时效6小时,在原马氏体界面上有硅化物粒子析出。随时效温度升高,粒子粗化。如果原材料初生α相中已存在硅化物,则在(α+β)两相区热处理时,基本不能改变其原来形态与尺寸。     

热处理对同质异态TC17钛合金线性摩擦焊接头的影响

对TC17(α+β)和TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊及焊后热处理试验,运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察接头各区域的微观组织变化,采用轮廓法测试接头残余应力分布情况,分析了热处理对接头的微观组织、残余应力及力学性能的影响。结果表明：焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再晶界过程,形成亚稳定β相;两侧热力影响区初生α相严重变形,针状α相完全溶解。经过热处理,亚稳定β相分解为稳定的α+β相,板条状α相在晶界析出,针状α相在晶粒内部析出,变形α相发生不同程度的分解。轮廓法测试结果表明,接头沿振动方向的应力呈双峰分布,接头热力影响区处拉应力峰值达到最大约360 MPa,焊缝中心拉应力值约140 MPa,经过热处理,接头沿振动方向拉应力值降低至50 MPa以下。经过热处理后接头微观组织更加均匀,并且接头残余应力得到消除,接头拉伸及疲劳性能得到明显改善。     

不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明:TC4-DT合金在两相区经过普通退火和再结晶退火后组织发生再结晶,α相尺寸有所增大,具有较好的塑性。经过两相区固溶+时效处理得到双态组织,通过控制固溶时冷却速度及时效温度来调整次生α片层厚度,使得合金强度和断裂韧性得到改善。经单相区固溶水冷得到马氏体组织,随时效温度提高,α片层厚度增加,但析出的次生α相含量减少,导致合金的强度和断裂韧性有所下降。而在单相区固溶空冷+高温时效处理,获得的α片层厚度进一步增大,有助于提高塑性和断裂韧性。采用950℃/1h/WQ+550℃/6h/AC两相区固溶+时效的热处理工艺,可实现合金强度、塑性、韧性的较好匹配,获得优良的综合性能。     

Ti-6Al-4V合金表面超声振动滚压强化研究

采用超声振动滚压加工技术对Ti-6Al-4V合金表面进行处理,探究该项技术对Ti-6Al-4V合金表面质量的影响。通过对该工艺加工前后的Ti-6Al-4V合金进行表面粗糙度参数、XRD图谱、截面微观形貌、表层残余应力及显微硬度的对比分析,结果表明:经该工艺处理后的合金表面各项粗糙度参数皆有明显降低;加工后的合金表面XRD图谱的衍射峰减弱且宽化,衍射角向高角度方向偏移;加工后的合金表层β相组织相较加工前明显细化,且随着深度增加β相组织逐渐增大;在距离表面约50μm位置的残余应力值最大可达到-967 MPa;加工后的合金表面显微硬度可达到421HV,且在0~140μm的深度范围内,显微硬度随着深度的增加逐渐减小至与基体硬度一致。经超声振动滚压加工后的Ti-6Al-4V合金表面质量显著提高,有利于提高其零部件的使用性能。     

基于α'组织设计适于激光立体成形的新型高塑性Ti-4.13Al-9.36V合金

为了提高Ti-6Al-4V合金的加工硬化率和塑性,基于其团簇成分式12[Al-Ti₁₂](AlTi₂)+5[Al-Ti₁₄](V₂Ti)设计成分式为4[Al-Ti₁₂](AlTi₂)+12[Al-Ti₁₄](V₂Ti)的(Ti-4.13Al-9.36V, %)合金,采用激光立体成形工艺制备Ti-4.13Al-9.36V和Ti-6.05Al-3.94V(对比合金),研究了沉积态和固溶温度对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,沉积态Ti-4.13Al-9.36V和Ti-6.05Al-3.94V合金的显微组织均由基体外延生长的初生β柱状晶和晶内细小的网篮α板条组成。Ti-6.05Al-3.94V合金的初生β柱状晶的宽度约为770 μm,α板条的宽度约为0.71 μm;而Ti-4.13Al-9.36V合金的初生β柱状晶的宽度显著减小到606 μm,α板条的宽度约为0.48 μm。经920℃固溶-淬火处理后Ti-6.05Al-3.94V样品的显微组织为α'+α相,其室温拉伸屈服强度约为893 MPa,抗拉强度约为1071 MPa,延伸率约为3%。经750℃固溶-淬火处理后Ti-4.13Al-9.36V样品的显微组织为α'+α相,与α'马氏体相比,应力诱发的α'马氏体能显著地提高合金的加工硬化能力,其室温拉伸屈服强度约为383 MPa,抗拉强度约为 989 MPa,延伸率达到了17%。这表明,根据团簇理论模型调控α'+α的显微组织能有效提高激光立体成形Ti合金的加工硬化能力和塑性。     

轧制变形对Ti-5322板材组织与性能的影响EI北大核心

Ti-5322是一种低成本的高强钛合金。本工作研究了β温区开坯的Ti-5322钛合金在α+β相区经不同变形量轧制板材后的组织及拉伸性能。显微组织的分析表明,当成品轧制变形量在50%时,合金板材呈现为具有连续晶界的网篮结构;当轧制变形量为75%时,合金板材呈现为包含球状及棒状α相组成的双态组织,晶界不连续。热处理后的拉伸性能测试结果显示,较大的轧制变形量有利于提高合金板材的强度与塑性的匹配。     

热处理对Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr合金拉伸性能的影响

研究了固溶+单级时效处理、固溶+双级时效处理、固溶+随炉冷却处理对新型亚稳β钛合金Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr的显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：与固溶+单级时效处理相比,固溶+双级时效处理析出的晶内次生α相间距减小和体积分数增大而使合金的强度提高。两种热处理都使合金中生成连续的晶界α相,导致合金的塑性降低;与上述两种热处理相比,固溶+随炉冷却处理使合金中析出的晶内次生α相的间距明显减小且沿晶界生成向晶内生长的α_wgb相,使合金的强度和塑性显著提高,其抗拉强度达到1421 MPa,断后伸长率为7.7%;与次生α相的体积分数相比,其间距是影响合金强度的主要因素。随着次生α相间距的减小,合金的强度提高。     

Ti-Al-Cr两相钛合金的组织与性能研究

研制了一种Ti-Al-Cr两相钛合金.实验用合金采用真空自耗电弧熔炼,在α+β两相区锻造成60mm×60mm的方棒.用金相法测试合金相变点为(970±5)℃.为了解热处理制度对合金显微组织和力学性能的影响,合金经过4种工艺制度进行热处理.用金相显微镜观测了不同热处理制度下的组织特征,并测试其力学性能.研究结果表明,相变点以下固溶处理得到双态组织,随着同溶温度的升高,初生α相含量减少,合金强度升高,塑性呈下降趋势.β固溶处理后得到魏氏组织,合金强度和韧性匹配高于相同热处理条件TC4合金水平.     

金相法测定锆锡和锆铌系锆合金的相变温度

采用金相法测定了锆锡系Zr4锆合金和锆铌系N36锆合金由α+β相转变为β相的相变温度T_(α+β→β)。结果表明:可以通过金相法测定锆合金的相变温度T_(α+β→β),在相变温度T_(α+β→β)附近淬火,通过观察试样α相含量的变化,确定α相未完全转变和完全转变的温度区间,相变温度T_(α+β→β)取该区间的下限值,热处理加热温度间隔建议选择为10℃;试验测得Zr4锆合金的T_(α+β→β)为970℃,N36锆合金的T_(α+β→β)为890℃。     

Ti-4．4A1—3．8Mo合金的亚稳相变及其对硬度的影响

对锻态Ti-4．4Al-3．8Mo合金分别进行了β单相区和α＋β两相区（相变点之下45℃）淬火处理,研究了亚稳相变对硬度的影响．结果表明,β单相区淬火处理的样品硬度比α＋β两相区处理的样品高约10％．β单相区淬火后的相组成为全α’马氏体,自910℃的α＋β两相区淬火后的相组成为等轴初生α相＋α’马氏体＋α″马氏体．硬度出现差异的主要原因是后者中存在硬度较低的初生α相和α″马氏体．本文修正了Ti—β稳定元素二元系亚稳相图（示意图）,指出在α＋α’和α＋α″相区之间存在α＋α’＋α″相区,并使用修正后的相图解释了Ti-4．4Al-3．8Mo合金的相组成与硬度的关系．     

新型TC21钛合金相变行为和相组成研究

采用X射线衍射(XRD)对TC21钛合金β热处理后,经不同冷却速率冷却及双重退火后的相结构进行了分析,并用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对显微组织和相的形貌特征进行了观察研究.结果得出,TC21钛合金在β处理时经炉冷和水冷后,合金由α和β两相组成.空冷状态下,合金主相为α+β,并有少量Nb3Si相析出.实验证明,冷却速率主要影响α和β相含量的比例,相的组成基本不受冷却速率的影响.合金经970.,30min,空冷+600℃,4h退火后,仍由α相和β相组成,没有发现新的析出相,但观察到转变β相中存在次生析出的细小针状α相.     

真空高温退火对锻态Ti-6Al-4V合金显微组织与超塑性性能的影响

退火处理是改善钛合金显微组织,提高力学性能及超塑成形性能的一种重要工艺。使用真空退火炉在850℃-950℃温度区间内对锻态Ti-6Al-4V合金的进行了高温退火处理,研究了退火态Ti-6Al-4V合金微观组织演变及其在温度为900℃,应变速率为0.01 s^-1时的超塑拉伸性能。结果表明,锻态Ti-6Al-4V合金的初生α晶粒尺寸随真空退火温度的升高而减小,β相比例随真空退火温度升高而增大。当真空退火温度为910℃时,Ti-6Al-4V合金的晶粒尺寸和α相与β相分布较为均匀,其超塑拉伸试验结果表明,该合金表现出最佳的超塑拉伸性能,其拉伸延伸率达到785%,峰值应力仅为26.8 MPa。